root/bdm/stat/libEF.cpp @ 330

Revision 330, 6.7 kB (checked in by dedecius, 15 years ago)

Added methods egiw::est_theta() for LS estimate of theta and egiw::est_theta_cov() for covariance of the LS estimate.

  • Property svn:eol-style set to native
Line 
1
2#include <itpp/base/bessel.h>
3#include "libEF.h"
4#include <math.h>
5
6namespace bdm{
7
8Uniform_RNG UniRNG;
9Normal_RNG NorRNG;
10Gamma_RNG GamRNG;
11
12using std::cout;
13
14void BMEF::bayes ( const vec &dt ) {this->bayes ( dt,1.0 );};
15
16vec egiw::sample() const {
17        it_warning ( "Function not implemented" );
18        return vec_1 ( 0.0 );
19}
20
21double egiw::evallog_nn ( const vec &val ) const {
22        int vend = val.length()-1;
23
24        if ( dimx==1 ) { //same as the following, just quicker.
25                double r = val ( vend ); //last entry!
26                vec Psi ( nPsi+dimx );
27                Psi ( 0 ) = -1.0;
28                Psi.set_subvector ( 1,val ( 0,vend-1 ) ); // fill the rest
29
30                double Vq=V.qform ( Psi );
31                return -0.5* ( nu*log ( r ) + Vq /r );
32        }
33        else {
34                mat Th= reshape ( val ( 0,nPsi*dimx-1 ),nPsi,dimx );
35                fsqmat R ( reshape ( val ( nPsi*dimx,vend ),dimx,dimx ) );
36                mat Tmp=concat_vertical ( -eye ( dimx ),Th );
37                fsqmat iR ( dimx );
38                R.inv ( iR );
39
40                return -0.5* ( nu*R.logdet() + trace ( iR.to_mat() *Tmp.T() *V.to_mat() *Tmp ) );
41        }
42}
43
44double egiw::lognc() const {
45        const vec& D = V._D();
46
47        double m = nu - nPsi -dimx-1;
48#define log2  0.693147180559945286226763983
49#define logpi 1.144729885849400163877476189
50#define log2pi 1.83787706640935
51#define Inf std::numeric_limits<double>::infinity()
52
53        double nkG = 0.5* dimx* ( -nPsi *log2pi + sum ( log ( D ( dimx,D.length()-1 ) ) ) );
54        // temporary for lgamma in Wishart
55        double lg=0;
56        for ( int i =0; i<dimx;i++ ) {lg+=lgamma ( 0.5* ( m-i ) );}
57
58        double nkW = 0.5* ( m*sum ( log ( D ( 0,dimx-1 ) ) ) ) \
59                     - 0.5*dimx* ( m*log2 + 0.5* ( dimx-1 ) *log2pi )  - lg;
60
61        it_assert_debug ( ( ( -nkG-nkW ) >-Inf ) && ( ( -nkG-nkW ) <Inf ), "ARX improper" );
62        return -nkG-nkW;
63}
64
65vec egiw::est_theta() const {
66        if ( dimx==1 ) {
67                const mat &L = V._L();
68                int end = L.rows() - 1;
69
70                mat iLsub = ltuinv ( L ( dimx,end,dimx,end ) );
71
72                vec L0 = L.get_col(0);
73
74                return iLsub * L0(1,end);
75        }
76        else {
77                it_error("ERROR: est_theta() not implemented for dimx>1");
78                return 0;
79        }
80}
81
82ldmat egiw::est_theta_cov() const {
83        if ( dimx == 1 ) {
84                const mat &L = V._L();
85                const vec &D = V._D();
86                int end = D.length() - 1;
87
88                mat Lsub = L ( 1, end, 1, end);
89                mat Dsub = diag(D(1, end));
90
91                return inv( transpose(Lsub) * Dsub * Lsub );
92
93        }
94        else {
95                it_error("ERROR: est_theta_cov() not implemented for dimx>1");
96                return 0;
97        }
98
99}
100
101vec egiw::mean() const {
102
103        if ( dimx==1 ) {
104                const vec &D= V._D();
105                int end = D.length()-1;
106
107                vec m ( dim );
108                m.set_subvector ( 0, est_theta() );
109                m ( end ) = D ( 0 ) / ( nu -nPsi -2*dimx -2 );
110                return m;
111        }
112        else {
113                mat M;
114                mat R;
115                mean_mat ( M,R );
116                return cvectorize ( concat_vertical ( M,R ) );
117        }
118
119}
120
121vec egiw::variance() const {
122
123        if ( dimx==1 ) {
124                int l=V.rows();
125                const ldmat tmp(V,linspace(1,l-1));
126                ldmat itmp(l);
127                tmp.inv(itmp);
128                double cove = V._D() ( 0 ) / ( nu -nPsi -2*dimx -2 );
129               
130                vec var(l);
131                var.set_subvector(0,diag(itmp.to_mat())*cove);
132                var(l-1)=cove*cove/( nu -nPsi -2*dimx -2 );
133                return var;
134        }
135        else {it_error("not implemented"); return vec(0);}
136}
137
138void egiw::mean_mat ( mat &M, mat&R ) const {
139        const mat &L= V._L();
140        const vec &D= V._D();
141        int end = L.rows()-1;
142
143        ldmat ldR ( L ( 0,dimx-1,0,dimx-1 ), D ( 0,dimx-1 ) / ( nu -nPsi -2*dimx -2 ) ); //exp val of R
144        mat iLsub=ltuinv ( L ( dimx,end,dimx,end ) );
145
146        // set mean value
147        mat Lpsi = L ( dimx,end,0,dimx-1 );
148        M= iLsub*Lpsi;
149        R= ldR.to_mat()  ;
150}
151
152vec egamma::sample() const {
153        vec smp ( dim);
154        int i;
155
156        for ( i=0; i<dim; i++ ) {
157                if ( beta ( i ) >std::numeric_limits<double>::epsilon() ) {
158                        GamRNG.setup ( alpha ( i ),beta ( i ) );
159                }
160                else {
161                        GamRNG.setup ( alpha ( i ),std::numeric_limits<double>::epsilon() );
162                }
163#pragma omp critical
164                smp ( i ) = GamRNG();
165        }
166
167        return smp;
168}
169
170// mat egamma::sample ( int N ) const {
171//      mat Smp ( rv.count(),N );
172//      int i,j;
173//
174//      for ( i=0; i<rv.count(); i++ ) {
175//              GamRNG.setup ( alpha ( i ),beta ( i ) );
176//
177//              for ( j=0; j<N; j++ ) {
178//                      Smp ( i,j ) = GamRNG();
179//              }
180//      }
181//
182//      return Smp;
183// }
184
185double egamma::evallog ( const vec &val ) const {
186        double res = 0.0; //the rest will be added
187        int i;
188
189        for ( i=0; i<dim; i++ ) {
190                res += ( alpha ( i ) - 1 ) *std::log ( val ( i ) ) - beta ( i ) *val ( i );
191        }
192        double tmp=res-lognc();;
193        it_assert_debug ( std::isfinite ( tmp ),"Infinite value" );
194        return tmp;
195}
196
197double egamma::lognc() const {
198        double res = 0.0; //will be added
199        int i;
200
201        for ( i=0; i<dim; i++ ) {
202                res += lgamma ( alpha ( i ) ) - alpha ( i ) *std::log ( beta ( i ) ) ;
203        }
204
205        return res;
206}
207
208//MGamma
209void mgamma::set_parameters ( double k0, const vec &beta0 ) {
210        k=k0;
211        ep = &epdf;
212        epdf.set_parameters ( k*ones ( beta0.length()),beta0 );
213        dimc = ep->dimension();
214};
215
216ivec eEmp::resample (RESAMPLING_METHOD method) {
217        ivec ind=zeros_i ( n );
218        ivec N_babies = zeros_i ( n );
219        vec cumDist = cumsum ( w );
220        vec u ( n );
221        int i,j,parent;
222        double u0;
223
224        switch ( method ) {
225                case MULTINOMIAL:
226                        u ( n - 1 ) = pow ( UniRNG.sample(), 1.0 / n );
227
228                        for ( i = n - 2;i >= 0;i-- ) {
229                                u ( i ) = u ( i + 1 ) * pow ( UniRNG.sample(), 1.0 / ( i + 1 ) );
230                        }
231
232                        break;
233
234                case STRATIFIED:
235
236                        for ( i = 0;i < n;i++ ) {
237                                u ( i ) = ( i + UniRNG.sample() ) / n;
238                        }
239
240                        break;
241
242                case SYSTEMATIC:
243                        u0 = UniRNG.sample();
244
245                        for ( i = 0;i < n;i++ ) {
246                                u ( i ) = ( i + u0 ) / n;
247                        }
248
249                        break;
250
251                default:
252                        it_error ( "PF::resample(): Unknown resampling method" );
253        }
254
255        // U is now full
256        j = 0;
257
258        for ( i = 0;i < n;i++ ) {
259                while ( u ( i ) > cumDist ( j ) ) j++;
260
261                N_babies ( j ) ++;
262        }
263        // We have assigned new babies for each Particle
264        // Now, we fill the resulting index such that:
265        // * particles with at least one baby should not move *
266        // This assures that reassignment can be done inplace;
267
268        // find the first parent;
269        parent=0; while ( N_babies ( parent ) ==0 ) parent++;
270
271        // Build index
272        for ( i = 0;i < n;i++ ) {
273                if ( N_babies ( i ) > 0 ) {
274                        ind ( i ) = i;
275                        N_babies ( i ) --; //this index was now replicated;
276                }
277                else {
278                        // test if the parent has been fully replicated
279                        // if yes, find the next one
280                        while ( ( N_babies ( parent ) ==0 ) || ( N_babies ( parent ) ==1 && parent>i ) ) parent++;
281
282                        // Replicate parent
283                        ind ( i ) = parent;
284
285                        N_babies ( parent ) --; //this index was now replicated;
286                }
287
288        }
289
290        // copy the internals according to ind
291        for ( i=0;i<n;i++ ) {
292                if ( ind ( i ) !=i ) {
293                        samples ( i ) =samples ( ind ( i ) );
294                }
295                w ( i ) = 1.0/n;
296        }
297
298        return ind;
299}
300
301void eEmp::set_statistics ( const vec &w0, const epdf* epdf0 ) {
302        //it_assert_debug(rv==epdf0->rv(),"Wrong epdf0");
303        dim = epdf0->dimension();
304        w=w0;
305        w/=sum ( w0 );//renormalize
306        n=w.length();
307        samples.set_size ( n );
308        dim = epdf0->dimension();
309
310        for ( int i=0;i<n;i++ ) {samples ( i ) =epdf0->sample();}
311}
312
313void eEmp::set_samples ( const epdf* epdf0 ) {
314        //it_assert_debug(rv==epdf0->rv(),"Wrong epdf0");
315        w=1;
316        w/=sum ( w );//renormalize
317
318        for ( int i=0;i<n;i++ ) {samples ( i ) =epdf0->sample();}
319}
320
321};
Note: See TracBrowser for help on using the browser.